Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2016
Вы можете собрать генератор импульсов, соединив времязадающую RC цепочку с простым логическим элементом «И», имеющим на входе триггер Шмитта. Но если потребуется логическая функция, отсутствующая в каталоге стандартных продуктов, к вентилю с триггером Шмитта или инвертору вам придется добавить дополнительный логический элемент. Недавно, занимаясь решением поставленной передо мной задачи, требующей добавления функций генерации импульсов на переполненную компонентами плату ПК, и основываясь на предыдущей публикации [1], я погрузился в изучение сайта Fairchild Semiconductor, пытаясь найти какие-нибудь миниатюрные логические элементы с входными триггерами Шмитта, однако обнаружил лишь «проверенные временем», давно всем знакомые элементы «И» и буферные схемы.
Разочарованный, я принялся исследовать другие логические микросхемы Fairchild, пока не наткнулся на раздел «Конфигурируемые логические элементы». И вот я вдруг понял, что нашел решение своей проблемы. Микросхемы NC7SZ57 и NC7SZ58, упакованные в миниатюрные 6-выводные корпуса для поверхностного монтажа, могут быть сконфигурированы как инверторы, или логические элементы «И», «ИЛИ», а также «исключающее ИЛИ», причем во всех случаях входной сигнал может быть инвертирован. Эти устройства имеют инверсные выходы, работают при входных напряжениях, превышающих напряжение питания, и имеют высокую нагрузочную способность.
Гистерезисные входы делают эти устройства идеально подходящими для генерации импульсов. В конструкциях, сочетающих цифровую логику с аналоговыми интерфейсами, часто требуется формирование импульсов и задержек, запускаемых внешним сигналом, а также укорочение и растяжка импульсов. Для приложений, не некритичных к длительности импульсов, дополнительные особенности входов с триггерами Шмитта позволяют задерживать сигнал одного из входов, используя времязадающую RC цепь. Когда медленно меняющееся выходное напряжение RC цепочки пересекает верхний или нижний аналоговые пороги переключения, триггер Шмитта трансформирует медленно нарастающие и спадающие напряжения в крутые цифровые фронты.
Компания Texas Instruments выпускает функциональные эквиваленты этих схем – SN74LVC1G57 и SN74LVC1G58. Устройства обеих компаний имеют верхние и нижние уровни входных порогов, составляющие в среднем 37% и 63% от напряжения питания, соответственно, пересчитываемые в смещение передних или задних фронтов примерно на одну постоянную времени RC. Согласно опубликованным производителями справочным данным, версии компании Texas Instruments имеют более жесткие допуски на разброс уровней аналоговых порогов, а значит, позволяют формировать более точные импульсы, чем приборы Fairchild.
С точки зрения цифрового анализа любое напряжение ниже верхнего порога переключения представляет для переднего фронта логический ноль, а любое напряжение выше нижнего порога воспринимается задним фронтом как логическая единица. Эти условия справедливы только после того, как входное напряжение пересечет соответствующий порог, как, например, передний фронт, который приближается к верхнему порогу, но никогда не пересекает его. Это напряжение остается логическим нулем, даже если затем напряжение по заднему фронту опускается до потенциала земли.
Типичные реализации нескольких схем показаны на Рисунке 1а. Обратите внимание, что в некоторых тонкостях эти схемы уступают подлинным одновибраторам. Например, схема не перезапустится до тех пор, пока не установится напряжение на RC цепочке, что занимает примерно пять постоянных времени. Это значит, что постоянная времени RC цепи должна быть в пять раз меньше интервала между запускающими импульсами. Устройства из семейства SN74LVC1G57 позволяют формировать импульсы, форма которых показана на Рисунке 1б, а устройства семейства SN74LVC1G58 формируют сигналы противоположной полярности. Принцип работы схем очень прост. RC цепочка задерживает фронт на одном из входов, в результате чего входы сразу же оказываются в противоположных логических состояниях. По истечении интервала, равного одной постоянной времени RC цепочки, задержанное напряжение пересекает верхний или нижний порог триггера Шмитта, и задержанный вход «догоняет» противоположный вход вентиля, сигнал которого проходит напрямую.
|
|||||
| Рисунок 1. | Один логический элемент и RC цепочка могут служить основой целого ряда полезных времязадающих схем. |
||||
Отдельный интерес представляет схема, выделяющаяся из множества других одновибраторов, запускаемых фронтами только одного направления, которая собрана на логическом элементе «исключающее ИЛИ», и образует одновибратор, срабатывающий как от передних, так и от задних фронтов, что позволяет ему выполнять функцию удвоителя частоты. Любую из представленных схем, основанных на инвертирующем логическом элементе, вы можете превратить в автоколебательный мультивибратор, соединив инверсный выход с входом, задержанным RC цепочкой, и подав на оставшийся вход разрешающий сигнал. При этом если генератор на вентиле «исключающее ИЛИ» будет остановлен по входу запрета, его выход, благодаря отсутствию синхронизации между импульсом запуска и запрещающим входом, останется в истинно случайном состоянии либо нуля, либо единицы.
Ссылки
- Roche, Stephan, "Add a Schmitt-trigger function to CPLDs, FPGAs, and applications," EDN, Oct 13, 2005, pg 104.
Купить NC7SZ57 на РадиоЛоцман.Цены
